miércoles, 30 de junio de 2021

Cálculos energéticos de la glucólisis

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En términos generales, la glucolisis puede ser separada en dos fases, la primera es la fase de absorción de energía, y la segunda la fase de  obtención de energía (YouTube). Sin importar la fase, la síntesis de energía se logra mediante trasferencias de grupos fosfato, dos que son donados por la célula desde dos ATP y otros dos nuevos grupos fosfato que se sintetizan de fuentes inorgánicas en la reacción 6 (YouTube).

La primer fase de absorción o pérdida de energía es un solo tronco, que va de la reacción 1 hasta la reacción 4, y en resumen se trata de la trasferencia de dos grupos fosfato de alta energía a la glucosa, los cuales la vuelven inestable, lo cual a su vez termina por romperla.

Se obtienen dos moléculas de 3C y una de ellas se isomeriza de modo tal que el punto de partida para las siguientes reacciones que ocurren por duplicado se den en base al mismo sustrato. Una vez termina la isomerización del sustrato comienzan las reacciones de obtención de energía por duplicado. De este modo se obtienen como rendimiento bruto de la glucólisis 4 ATP y 2 NADH, sin embargo debido a que se invirtieron 2 ATP durante las fases de absorción de energía el rendimiento neto se reduce a 2 ATP y 2 NADH.

Figura 11. Estructura de la glucólisis.

Más aun, el producto de 3 carbonos de la glucólisis llamado piruvato debe ser empleado o expulsado de alguna forma, ya que si se llega a acumular haría que toda la ruta metabólica experimente una inversión hacia los reactivos debido al equilibrio químico “trancón en la ruta metabólica en términos coloquiales”. De este modo rutas subsecuentes como las fermentaciones o la respiración celular aeróbica lidian con el piruvato, ya sea su conversión a especies químicas menos toxicas y fácilmente expulsables al medio que rodea a la célula, o mediante u oxidación total a dióxido de carbono y agua.

El cambio en la energía libre, ΔG, para cada paso en la ruta de la glucólisis se puede calcular usando

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donde Q es el cociente de reacción. Esto requiere conocer las concentraciones de los metabolitos. Todos estos valores están disponibles para los eritrocitos, con la excepción de las concentraciones de NAD+ y NADH. La relación de NAD+ a NADH en el citoplasma es de aproximadamente 1000, lo que hace que la oxidación de gliceraldehído-3-fosfato (paso 6) sea más favorable.

Figura 12. Concentración en milimolar de los diferentes compuestos de la glucólisis.

Usando las concentraciones medidas de cada paso y los cambios de energía libre estándar, se puede calcular el cambio de energía libre real. (Descuidar esto es muy común: el delta G de la hidrólisis de ATP en las células no es el cambio de energía libre estándar de la hidrólisis de ATP citado en los libros de texto).

Figura 13. Cambio en la energía libre para cada paso de la glucólisis.

Al medir las concentraciones fisiológicas de metabolitos en un eritrocito, parece que aproximadamente siete de los pasos en la glucólisis están en equilibrio para ese tipo de células. Tres de los pasos, los que tienen grandes cambios negativos de energía libre, no están en equilibrio y se conocen como irreversibles; tales pasos a menudo están sujetos a regulación.

El paso 5 es una reacción secundaria que puede disminuir o aumentar la concentración del gliceraldehído-3-fosfato intermedio. Ese compuesto se convierte en dihidroxiacetona fosfato por la enzima triosa fosfato isomerasa, que es una enzima catalíticamente perfecta; su velocidad es tan rápida que se puede suponer que la reacción está en equilibrio. El hecho de que ΔG no sea cero indica que las concentraciones reales en el eritrocito no se conocen con precisión.

  

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